使用 XBOX Series X|S HDR 與顯示硬體

• 將部分高動態範圍 (HDR) 處理卸載至顯示硬體。
• 搭配 120 赫茲 (Hz) 顯示器實現更多畫面播放速率選項。
• 使用 Dolby Vision 與 Auto HDR 等功能。

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將 GPU 工作卸載至顯示硬體

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HDR 場景轉譯

• 停用 Alpha 混色時，您可以透過 render backend plus (RB+) 獲得雙倍速率的色彩匯出。
• 降低記憶體、頻寬與快取壓力。
• 這在 XBOX Series S 上特別重要。

• 色彩精確度更高，非常明亮的藍色除外
• 全速率讀取、寫入與混色

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交換鏈結緩衝區

• 在 GPU 上處理轉換
• 在顯示硬體上處理轉換。

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色彩空間轉換：選項 1

1. 遊戲以 Rec.709 轉譯場景。
2. 著色器在 GPU 上將 Rec.709 轉換為 Rec.2020。
3. 交換鏈結的色彩值為 Rec.2020。
4. 顯示硬體將這些值傳遞至顯示器。

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色彩空間轉換：選項 2

• 交換鏈結值為 Rec.709 或 P3-D65。
• Present 使用下列其中一個旗標。
  • DXGI_COLOR_SPACE_RGB_FULL_*_NONE_P709.
  • DXGI_COLOR_SPACE_RGB_FULL_*_NONE_D65P3.

1. 遊戲以 Rec.709 或 P3-D65 轉譯場景。
2. 不在 GPU 上進行處理。交換鏈結的值位於 Rec.709 色彩空間或 P3-D65 色彩空間。
3. 顯示硬體將色彩空間轉換為顯示器所需的 Rec.2020 色彩空間。
4. Present 使用下列其中一個旗標。

• DXGI_COLOR_SPACE_RGB_FULL_*_NONE_P709
• DXGI_COLOR_SPACE_RGB_FULL_*_NONE_D65P3

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範例：以 Rec.709 轉譯紅色蘋果

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伽瑪曲線處理選項

• 在 GPU 上處理伽瑪曲線
• 在顯示硬體上處理伽瑪曲線

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伽瑪曲線處理：選項 1

1. 遊戲轉譯線性值。
2. 遊戲使用著色器將線性值轉換為 ST.2084 伽瑪值。
3. 交換鏈結緩衝區現在包含套用 ST.2084 伽瑪曲線的非線性正規化值。
4. 由於顯示器使用 ST.2084 值，顯示硬體不做任何處理。
5. 使用 R10G10B10A2_UNORM 轉譯目標格式或 R9G9B9E5_SHAREDEXP 轉譯目標格式來處理伽瑪曲線。
6. Present 使用 DXGI_COLOR_SPACE_RGB_FULL_G2084_NONE_* 旗標。

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伽瑪曲線處理：選項 2

1. 遊戲轉譯線性值。
2. 交換鏈結值為線性正規化值，1.0 代表 10,000 尼特。
3. 您必須使用 R9G9B9E5_SHAREDEXP 轉譯目標格式。
4. Present 使用 DXGI_COLOR_SPACE_RGB_FULL_G10_NONE_* 旗標。

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建議的影像解決方案

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色域擴展

// The following is a color rotation matrix from Rec.709 into P3-D65.
static const float3x3 from709toP3_D65 =
{
    {0.822461969f, 0.1775380f, 0.0000000f},
    {0.033194199f, 0.9668058f, 0.0000000f},
    {0.017082631f, 0.0723974f, 0.9105199f}
};

// The following code is the original Rec.709 color but rotated into the P3 color space.
float3 Rec709 = mul(from709toP3_D65, hdrSceneValue.rgb);

// Treat the color as if it were originally mastered in the P3 color space.
float3 P3 = hdrSceneValue.rgb;

// Interpolate between Rec.709 and P3, but do so only for bright HDR values. The overall look of the image must remain the same.
float lum = max(max(hdrSceneValue.r, hdrSceneValue.g), hdrSceneValue.b);
float start = 1.0f;     // This is an HDR scene value where Rec.709 is still used.
float stop = 5.0f;      // This is an HDR scene value where full P3 is used.
float lerp = saturate((lum - start) / (stop - start));
float3 expandedColorInP3 = ((1.0f - lerp) * Rec709) + (lerp * P3);

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標準動態範圍自動色調對應

• 將工作移至顯示硬體，提升 GPU 效能
• 減少記憶體與頻寬
• 簡化遊戲程式碼

• 遊戲將 SDR 影像轉譯到第二個交換鏈結中，這會使用 GPU 處理與額外的記憶體。
• 遊戲不轉譯第二個交換鏈結，而是由 XBOX Series X|S 顯示硬體產生影像，不會耗費任何 GPU 效能或記憶體用量。

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使用顯示硬體節省時間與記憶體

• 在 XBOX Series X 上以 4K 執行時 120 微秒。
• 在 XBOX Series S 上以 1440p 執行時 120 微秒。

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顯示平面

• 它是在非線性伽瑪空間中完成。
• 它無法與 HDR 搭配使用。

• 是在線性伽瑪空間中完成。
• 如果您使用自動色調對應，則可以與 HDR 搭配使用。

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120 Hz 與 60 FPS+

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HDMI 頻寬

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HDMI 2.1

• 48 Gbps 的頻寬足以同時傳送 4K HDR 與 120 Hz。
• 部分顯示器僅在一個連接埠上支援 HDMI 2.1，其他連接埠則為 HDMI 2.0。

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HDMI 2.0

• 18 Gbps 的頻寬不足以同時傳送 4K HDR 與 120 Hz。
• 可用的主機顯示設定為 1080p 120 Hz 或 1440p 120 Hz。

auto preference = (GameMode == MultiPlayer) ?
                      XDisplayHdrModePreference::PreferRefreshRate :
                      XDisplayHdrModePreference::PreferHdr;
auto result = XDisplayTryEnableHdrMode(preference, nullptr);
bIsDisplayInHDRMode = (result == XDisplayHdrModeResult::Enabled);

1. XDisplayTryEnableHdrMode
2. GetDisplayModeListX
3. SetFrameIntervalX
4. ScheduleFrameEventX

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60FPS Plus 模式

typedef enum D3D12XBOX_FRAME_INTERVAL_FLAGS
{
    D3D12XBOX_FRAME_INTERVAL_FLAG_NONE = 0x0,
    D3D12XBOX_FRAME_INTERVAL_FLAG_60FPS_PLUS = 0x1,
} D3D12XBOX_FRAME_INTERVAL_FLAGS;

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24 Hz 與 40 Hz 轉譯模式

• 系統會呈現五個 120 Hz 畫面。
• 這些畫面適用於即時過場動畫。
• 與 30 FPS 相比，24 FPS 可提供額外 8.33 毫秒的 GPU 時間。這可用於提升視覺品質。

• 系統會呈現三個 120 Hz 畫面。
• 如果遊戲無法達到 60 FPS，40 FPS 是不錯的選擇。
• 與 60 FPS 相比，40 FPS 可提供額外 8.33 毫秒的 GPU 時間。

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暫停/繼續

• 主機設定在 60 Hz 與 120 Hz 之間切換
• 在主機設定中開啟或關閉 HDR
• 更換顯示器
• 更換 HDMI 纜線
• 新增或移除影音接收器

• RegisterAppStateChangeNotification
• RegisterAppConstrainedChangeNotification

void Sample::OnUnConstrained()
{
    TryEnableHDR(); // XDisplayTryEnableHdrMode
    RefreshSupportedIntervals(); // GetDisplayModeListX
    UpdateFrameInterval(); // SetFrameIntervalX and ScheduleFrameEventX
}

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HDR 遊戲校正

XDisplayHdrModeInfo CalibrationDataFromSystem; // Try to switch the display into HDR mode, and then retrieve the calibration data.
auto hdrModeResult = XDisplayTryEnableHdrMode(XDisplayHdrModePreference::PreferHdr,
                            &CalibrationDataFromSystem);
// Games generally determine maximum tone-map luminance from their own calibration screen.
// This is the maximum brightness where details start to clip.
maxTVBrightness = CalibrationDataFromSystem.maxToneMapLuminance;

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校正值：選項 1

• 不要實作遊戲校正畫面。
• 在遊戲的顯示對應器著色器中使用 API 校正值。
• 建議您使用下列深層連結程式碼，在遊戲功能表中新增可前往校正應用程式的選項。#include <XLauncher.h> XLaunchUri(nullptr, "hdrgamecalibration://");

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校正值：選項 2

1. 對比：進行簡單的調整，例如 pow(x, displayGamma)。
2. 亮度：進行紙白亮度調整。
3. 最大亮度：判斷最大亮度裁切點。

• 如果玩家不使用遊戲校正，遊戲仍會使用正確的預設值。
• 如果玩家使用遊戲校正，起始值就已經是正確的。

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遊戲用 Dolby Vision

• 簡化內容製作。
• 在所有 Dolby Vision 顯示器上都能保留藝術意圖。
• 玩家所體驗的遊戲，會與您在開發期間製作母版時的樣貌一致。
• 不需要 HDR 校正，因此 HDR 遊戲校正應用程式並不適用。

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Dolby Vision：選項 1 (原生 Dolby Vision)

• 遊戲使用 Dolby 的 Software Implementation Development Kit (SIDK)，以中介軟體形式實作原生 Dolby Vision。
• 支援靜態顯示對應與動態顯示對應。
• 原生 Dolby Display Vision 包含適用於 HDR10 與 SDR 的色調對應器。
• GPU 成本因所選選項而異。

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Dolby Vision：選項 2 (自動 Dolby Vision)

• XBOX 系統會自動將 HDR10 轉換為 Dolby Vision。
• 系統會套用 Dolby 的靜態顯示對應器。
• 遊戲輸出為 HDR10。
• 遊戲不會偵測 Dolby Vision。
• 遊戲可以選擇不使用 Dolby Vision。
• 沒有 GPU 成本。一切都透過顯示硬體完成。

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Auto HDR

• 增加最高 1,000 尼特的額外亮度範圍。
• 增加色彩的額外範圍，最高可達 P3-D65 色彩空間。

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模擬 HDR 影像範例

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Auto HDR 與 GDK 遊戲

1. 將顯示器切換為 HDR 模式。
2. 在建立 Direct3D 裝置時新增啟用 Auto HDR 的旗標。

// Try to switch the display into HDR mode
auto result = XDisplayTryEnableHdrMode(XDisplayHdrModePreference::PreferHdr, nullptr);

if (result == XDisplayHdrModeResult::Enabled)
{​
    // Specify the Auto HDR flag during Direct3D device creation.
    params.CreateDeviceFlags = D3D12XBOX_CREATE_DEVICE_FLAG_ENABLE_AUTO_HDR;
}​

// Create the Direct3D device.
HRESULT hr = D3D12XboxCreateDevice(...);

• 玩家不會收到遊戲使用 Auto HDR 的通知。
• XBOX 儀表板上不會顯示 Auto HDR 指示器。
• 在主機設定中切換 Auto HDR，不會影響 GDK 遊戲的 Auto HDR。

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Auto HDR 建議

• 使用 R9G9B9E5 或 R10G10B10A2。
• R9G9B9E5 最佳，因為它能提供最高的色彩精確度。
• 避免使用 R8G8B8A8，因為它可能會產生色帶。

• 純白像素會達到 1,000 尼特。對 HUD 或 UI 而言太亮了。
• 在 HDR 模式下，使用線性亮度比例來調暗 HUD 或 UI。

• 明亮區域中的細節，看起來會比細節很少的大片亮斑更好。

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Auto HDR 示範影片

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摘要

• 色彩空間轉換
• 伽瑪曲線
• SDR 自動色調對應
• 顯示平面

• Dolby Vision
• Auto HDR

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與本主題相關的範例

• AutoHDR
• HDRAutoToneMapping
• HDRCalibration
• HDRDisplayMapping
• HDRPrecision
• ResponsivenessSample
• Simple120Hz
• SimpleHDR

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後續步驟

• 投影片：Xfest 2022 Graphics Track PowerPoints (Xfest2022GfxPPTs.ZIP) 中的 Harnessing the power of the XBOX Series X|S HDR and display hardware.pptx
• 視訊簡報：Xfest 2022 Graphics Track Videos (Xfest2022GfxVids.ZIP) 中的 GR02.mp4

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下載 Microsoft PowerPoint 簡報與視訊

1. 前往 Game Development Kit (GDK) 下載。
2. 在 Select file type 下，選取 Conference Materials，然後選取 Confirm。
3. 在 Select build/version number 下，選擇下列其中一個圖形簡報。
   • Xfest 2022 Graphics Track PowerPoints
   • Xfest 2022 Graphics Track Videos
4. 選取 Download Now，然後等待 .zip 檔案下載完成。
5. 前往您本機的「下載」資料夾，然後從壓縮資料夾中解壓縮 (擷取) 檔案。

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下載本主題中提及的 Microsoft Game Development Kit 主機範例

1. 前往 Game Development Kit (GDK) 下載。
2. 在 Select file type 下，選取 GDK，然後選取 Confirm。
3. 在 Select build/version number 下，選擇最新的 Microsoft GDKX (Sample only) 選項。
4. 選取 Download Now，然後等待 .zip 檔案下載完成。
5. 前往您本機的「下載」資料夾，然後從壓縮資料夾中解壓縮 (擷取) 檔案。
6. 選取 GDKSamples > Graphics，然後搜尋該範例。

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另請參閱